DE102013108215A1 - Transparent protective layer arrangement of an optically active layer system, IR-reflecting layer system and method for its production - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung eine Schutzschichtanordnung eines auf einem Substrat S angeordneten, optisch wirksamen Schichtsystems, welche aus transparenten Metall-, Mischmetall- oder Halbleiterverbindungen ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft auch ein IR-reflektierendes Schichtsystem mit einer solchen Schutzschichtanordnung SA sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Schichtsystems. Um die mechanische Beständigkeit der verschiedenen bekannten Schichtsysteme zu verbessern, bei Erhaltung deren optischen Eigenschaften, wird die Schutzschichtanordnung SA als Mischschicht ausgebildet, welche vom Substrat S aufwärts betrachtet, einen Bereich aus einem Siliziumoxinitrid und darüber einen Bereich aus einem Siliziumnitrid umfasst.The invention relates to a protective layer arrangement of an optically active layer system arranged on a substrate S, which is formed from transparent metal, mixed metal or semiconductor compounds. The invention also relates to an IR-reflecting layer system with such a protective layer arrangement SA and to a method for producing a layer system. In order to improve the mechanical resistance of the various known layer systems, while maintaining their optical properties, the protective layer arrangement SA is formed as a mixed layer which viewed from the substrate S upwards, comprising a region of a silicon oxynitride and above a region of a silicon nitride.
Description
Die Erfindung betrifft eine Schutzschichtanordnung für ein optisch wirksames Schichtsystem, welche über der obersten Funktionsschicht des Schichtsystems angeordnet ist und insbesondere dem mechanischen Schutz des Schichtsystems dient. Die Erfindung betrifft ebenso ein transparentes, Infrarotstrahlung (IR-)reflektierendes Schichtsystem unter Verwendung einer solchen Schutzschichtanordnung sowie Verfahren zur Herstellung der Schichtsysteme. The invention relates to a protective layer arrangement for an optically effective layer system, which is arranged above the uppermost functional layer of the layer system and in particular serves for the mechanical protection of the layer system. The invention also relates to a transparent, infrared radiation (IR) -reflecting layer system using such a protective layer arrangement and to methods for producing the layer systems.
Für die verschiedensten Anwendungen sind unterschiedliche funktionale Schichtsysteme bekannt, die als optisch wirksames Schichtsystem einfallendes Licht auf unterschiedliche Weise und meist wellenlängenabhängig beeinflussen, d.h. reflektieren, absorbieren oder durchtreten lassen. Diese Schichtsysteme können folglich je nach Einsatzgebiet transparent, teiltransparent oder nicht transparent sein. Beispielhaft sind transparente IR-reflektierende Schichtsysteme oder hochreflektierende Systeme, z.B. im sichtbaren Spektralbereich und nahen Infrarotbereich für Wärmedämmbeschichtungen oder im sichtbaren Bereich für Oberflächenveredelungen, zu nennen. Different functional layer systems are known for the most diverse applications which, as an optically effective layer system, influence incident light in different ways and usually depending on the wavelength, i. reflect, absorb or pass through. Depending on the field of application, these layer systems can therefore be transparent, partially transparent or non-transparent. By way of example, transparent IR-reflective layer systems or highly reflective systems, e.g. in the visible spectral range and near infrared range for thermal barrier coatings or in the visible range for surface finishes.
Derartige Schichtsysteme weisen meist ein komplexes System von Einzelschichten auf, die in ihrer Verbindung miteinander auf die geforderten physikalischen und chemischen Anforderungen an das Schichtsystem abgestimmt sind. Allgemein umfasst ein optisch wirksames Schichtsystem vom Substrat aufwärts betrachtet zunächst eine Grundschichtanordnung, eine oder mehr Funktionsschichtanordnungen und eine Deckschichtanordnung. Such layer systems usually have a complex system of individual layers, which are matched in their connection with each other to the required physical and chemical requirements of the layer system. In general, an optically active layer system, viewed from the substrate upwards, first comprises a base layer arrangement, one or more functional layer arrangements and a cover layer arrangement.
Der Begriff der Grund-, Funktions- oder Deck-„Schichtanordnung“ umfasst im Regelfall mehr als eine Schicht, schließt aber ebenso ein, dass eine Schichtanordnung nur aus einer Einzelschicht besteht, die für sich die jeweilige Funktion realisiert. Die Zuordnung einzelner Schichten zur Grund-, Funktions-, Deck- oder weiterer Schichtanordnung ist nicht in jedem Fall eindeutig vorzunehmen, da jede Schicht sowohl auf die benachbarten Schichten als auch auf das gesamte System Einfluss hat. Allgemein erfolgt eine Zuordnung einer Schicht anhand ihrer Funktion. The term "basic, functional or covering" layer arrangement "as a rule comprises more than one layer, but also includes that a layer arrangement consists only of a single layer, which realizes the respective function. The assignment of individual layers to the basic, functional, covering or further layer arrangement is not always unambiguous, since each layer has an influence on both the adjacent layers and on the entire system. Generally, a layer is assigned based on its function.
Eine Grundschichtanordnung dient insbesondere der Haftung des Systems auf dem Glas, der chemischen und/oder mechanischen Beständigkeit und/oder der Einstellung optischer Eigenschaften des Systems, z.B. der Farbe oder der Reflexion. In particular, a basecoat arrangement serves to adhere the system to the glass, chemical and / or mechanical resistance, and / or adjustment of optical properties of the system, e.g. the color or the reflection.
Über der Grundschichtanordnung folgt eine Funktionsschichtanordnung, welche eine oder mehr Funktionsschichten umfasst. Als Funktionsschicht wird allgemein die Schicht oder Schichten bezeichnet, welche über die maßgebliche Eigenschaft des optisch wirksamen Schichtsystems für den betreffenden Anwendungsfall verfügen. Die Funktionsschichtanordnung umfasst optional weitere Schichten, welche diese Funktion unterstützen und die Beeinflussung deren optischen, chemischen, mechanischen und elektrischen Eigenschaften ermöglichen können. Overlying the base layer arrangement is a functional layer arrangement comprising one or more functional layers. The functional layer is generally the layer or layers which have the decisive property of the optically effective layer system for the respective application. The functional layer arrangement optionally comprises further layers which support this function and which can allow influencing their optical, chemical, mechanical and electrical properties.
Ein IR-reflektierendes Schichtsystem, als ein Beispiel eines optisch wirksamen Schichtsystems und nachfolgend auch nur als Schichtsystem bezeichnet, ist funktionell durch seine niedrige Emissivität und damit verbundene hohe Reflektivität sowie geringe Transmission im spektralen IR-Bereich (Wellenlängen von >> 3µm) gekennzeichnet. Gleichzeitig soll oftmals eine hohe Transmission im Bereich des sichtbaren Lichts erzielt werden. Es weist somit einen steilen Abfall der Transmission und einen starken Anstieg der Reflexion im Übergang vom sichtbaren Licht zum nahen Infrarot auf. Aufgrund ihres niedrigen Emissionsverhaltens werden solche Schichtsysteme auch als Low-E-Schichtsysteme bezeichnet. An IR-reflecting layer system, referred to as an example of an optically active layer system and subsequently also only as a layer system, is functionally characterized by its low emissivity and associated high reflectivity and low transmission in the spectral IR range (wavelengths of >> 3μm). At the same time, a high transmission in the visible light range is often to be achieved. It thus has a steep drop in transmission and a large increase in reflection in the transition from visible light to near infrared. Due to their low emission behavior, such layer systems are also referred to as low-E layer systems.
Regelmäßig bestehen Funktionsschichten eines IR-reflektierenden Schichtsystems aus einem Edelmetall oder Legierungen davon, meist Silber. Dieses Material hat schon bei geringen Schichtdicken besonders im Infrarotbereich eine hohe Reflexion, verbunden mit einer geringen Absorption im sichtbaren Spektralbereich des Lichtes. Functional layers of an IR-reflecting layer system consist of a noble metal or alloys thereof, usually silver. This material has high reflectivity even at low layer thicknesses, especially in the infrared range, combined with low absorption in the visible spectral range of the light.
Alternativ werden auch andere Materialien, wie zum Beispiel Kupfer oder Legierungen davon eingesetzt. Diese Materialien erfordern wiederum eine Anpassung der übrigen, zum Schichtsystem gehörigen Schichten. Zu den ergänzenden Schichten der Funktionsschichtanordnung zählen insbesondere Blockerschichten, die Diffusions- und Migrationsvorgänge in Funktionsschicht verhindern oder zumindest deutlich reduzieren. Alternatively, other materials such as copper or alloys thereof are used. These materials in turn require adaptation of the remaining layers belonging to the layer system. The additional layers of the functional layer arrangement include, in particular, blocking layers which prevent or at least significantly reduce diffusion and migration processes in the functional layer.
Nach oben abgeschlossen wird ein optisch wirksames Schichtsystem durch eine Deckschichtanordnung. Diese dient der Entspiegelung und/oder dem mechanischen und chemischen Schutz des Schichtsystems. Die Deckschichtanordnung besteht üblicherweise aus einer oder mehr Schichten eines dielektrischen Oxids oder Nitrids oder Oxinitrids eines Metalls und/oder eines Metallgemisches und/oder eines Halbleiters. Diese dielektrischen Materialien gelten als absorptionsfreie Materialien, was sie für die beschriebene optische Funktion qualifiziert. At the top, an optically effective layer system is completed by a cover layer arrangement. This serves for the anti-reflection and / or the mechanical and chemical protection of the layer system. The cover layer arrangement usually consists of one or more layers of a dielectric oxide or nitride or oxynitride of a metal and / or a metal mixture and / or a semiconductor. These dielectric materials are considered as non-absorbent materials, which qualifies them for the described optical function.
Die Entspiegelung wird regelmäßig durch destruktive Interferenz erzeugt, wobei die optische Dicke (Produkt aus Schichtdicke und Brechungsindex der Schicht) einzelner oder einer Folge von Entspiegelungsschichten so bemessen sind, dass sich an den jeweiligen Grenzflächen reflektierte Anteile des einfallenden Lichts durch Interferenz auslöschen. Im Ergebnis gelingt es, gegebenenfalls auch in Verbindung mit einer entspiegelnden Grundschicht, die Transmission des Gesamtsystems zu erhöhen. The antireflection coating is regularly produced by destructive interference, the optical thickness (product of layer thickness and refractive index of the layer) of individual or a series of antireflection coatings being dimensioned such that portions of the refractive index reflected at the respective boundary surfaces extinguish incident light by interference. As a result, it is possible, if appropriate also in conjunction with an antireflective basecoat, to increase the transmission of the overall system.
Für die Deckschichtanordnung zahlreicher optisch wirksamer Schichtsysteme werden, bei mehr als einer Schicht, häufig auch Materialien mit wechselndem Brechungsindex eingesetzt. Letzteres ist als High-Low-Deckschichtanordnung bekannt, wobei mit „High-Low“ der Wechsel von hoch- und niedrig brechenden Materialien bezeichnet ist. Als hochbrechend werden bei transparenten Schichtsystemen allgemein transparente Materialien bezeichnet, deren Brechungsindex im Bereich von 1,8 bis 2,7, meist sogar im Bereich von 1,9, bevorzugt von 2,0 bis 2,6 liegt. Dabei steht zum Vergleich das Substrat, meist Floatglas, welches mit ca. 1,52 dagegen einen niedrigen Brechungsindex aufweist. Als niedrigbrechend werden dementsprechend Materialien mit Brechungsindizes in dem Bereich angesehen, der sich zu niedrigeren Werten hin an den hochbrechenden Bereich anschließt und bis 1,5 oder einige Zehntel darunter reicht. Die transparenten dielektrischen Materialien gelten als absorptionsfreie Materialien, was sie für die beschriebene optische Funktion qualifiziert. For the cover layer arrangement of numerous optically active layer systems, in the case of more than one layer, materials with varying refractive index are frequently used. The latter is known as a high-low cover layer arrangement, with "high-low" the change of high and low refractive materials is designated. In the case of transparent layer systems, high-refractive index materials are generally transparent materials whose refractive index is in the range from 1.8 to 2.7, in most cases even in the range of 1.9, preferably from 2.0 to 2.6. For comparison, the substrate, usually float glass, which has a low refractive index of about 1.52 on the other hand. Accordingly, materials having indexes of refraction in the region adjoining the high refractive index region at lower values and ranging to 1.5 or a few tenths below are regarded as low refractive index. The transparent dielectric materials are considered as non-absorbent materials, which qualifies them for the described optical function.
Die das optisch wirksame Schichtsystem nach oben abschließende Deckschicht soll das Schichtsystem auch vor mechanisch oder chemisch verursachter Veränderung schützen. Aus diesem Grund wird die Materialwahl der entspiegelnden Schichten der Deckschichtanordnung so vorgenommen, dass als oberste Schicht ein Material mit höherer mechanischer und/oder chemischer Festigkeit verwendet wird. Die Materialwahl ist aufgrund der gewünschten entspiegelnden Wirkung jedoch abhängig von den übrigen Schichten der Deckschicht und insbesondere von der benachbarten Schicht. Dies schränkt die Materialwahl deutlich ein. The covering layer which closes off the optically effective layer system should also protect the layer system against mechanically or chemically induced changes. For this reason, the choice of material of the anti-reflective layers of the cover layer arrangement is made so that a material with higher mechanical and / or chemical strength is used as the uppermost layer. However, due to the desired anti-reflection effect, the choice of material depends on the remaining layers of the cover layer and in particular on the adjacent layer. This significantly limits the choice of material.
Häufig werden für die Deckschichtanordnung transparente Metall- oder Halbleiterverbindungen verwendet, insbesondere Siliziumnitrid, das nach obiger Darstellung zu den hochbrechenden Materialien zu rechnen ist. Zwar ermöglicht das relativ dichte Siliziumnitrid einen guten mechanischen und chemischen Schutz, jedoch hat sich die Kratzfestigkeit für die großindustrielle Verarbeitung als nicht ausreichend erwiesen. Zudem ist die verwendbare Schichtdicke und damit dessen Schutzwirkung von Siliziumnitrid aufgrund der mit dem hohen Brechungsindex verknüpften hohen optischen Wirksamkeit begrenzt. Frequently transparent metal or semiconductor compounds are used for the cover layer arrangement, in particular silicon nitride, which is to be expected according to the above description of the high refractive index materials. While the relatively dense silicon nitride provides good mechanical and chemical protection, scratch resistance has been found to be insufficient for large scale industrial processing. In addition, the usable layer thickness and thus its protective effect of silicon nitride is limited due to the high optical efficiency associated with the high refractive index.
Die Abscheidung der verschiedenen optisch wirksamen Schichtsysteme erfolgt häufig mittels Sputtern, was die Erzeugung von geeigneten Einzelschichten auch mit nur sehr geringen Schichtdicken ermöglicht, deren Zusammensetzung und Eigenschaften mittels der Targetmaterialien, der Art des Sputtern und der Sputterparameter bekanntermaßen sehr gut und reproduzierbar eingestellt werden können. The deposition of the various optically effective layer systems often takes place by means of sputtering, which enables the production of suitable individual layers even with only very small layer thicknesses, whose composition and properties can be set very well and reproducibly by means of the target materials, the type of sputtering and the sputtering parameters.
Optisch wirksame, insbesondere IR-reflektierende Schichtsysteme werden häufig verschiedenen Wärmebehandlungen unterzogen, z.B. Temperprozessen zur Härtung und/oder Verformung des beschichteten Substrates. In diesem Fall weisen sie eine solche Schichtenfolge mit solchen Schichteigenschaften auf, die es erlauben, bei einer Wärmebehandlung auftretende Änderungen der optischen, mechanischen und chemischen Eigenschaften des Schichtsystems innerhalb definierter, enger Grenzen zu halten. Je nach Anwendung eines beschichteten Substrates ist dessen Schichtsystem im Temperprozess in unterschiedlichen Zeitregimes unterschiedlichen klimatischen Bedingungen ausgesetzt. Optically effective, in particular IR-reflecting layer systems are frequently subjected to different heat treatments, e.g. Tempering processes for curing and / or deformation of the coated substrate. In this case, they have such a layer sequence with such layer properties, which make it possible to keep changes in the optical, mechanical and chemical properties of the layer system occurring during heat treatment within defined, narrow limits. Depending on the application of a coated substrate, its layer system is exposed to different climatic conditions in the annealing process in different time regimes.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schutzschichtanordnung für ein optisch wirksames Schichtsystem, insbesondere für ein IR-reflektierendes Schichtsystem und ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, welche die mechanische Beständigkeit der verschiedenen bekannten Schichtsysteme verbessert, bei Erhaltung der mit dem Schichtsystem erzielbaren optischen Eigenschaften, insbesondere seiner Emissivität und Transmission, und seiner Farbstabilität für Temperprozesse. It is an object of the invention to provide a protective layer arrangement for an optically active layer system, in particular for an IR-reflective layer system and a method for its production, which improves the mechanical resistance of the various known layer systems, while maintaining the achievable with the layer system optical properties, in particular its emissivity and transmission, and its color stability for annealing processes.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Schutzschichtanordnung gemäß Anspruch 1 und ein die Schutzschichtanordnung verwendendes IR-reflektierendes Schichtsystem nach Anspruch 6 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäß Anspruch 10 vorgeschlagen. Die davon jeweils abhängigen Ansprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen. To achieve the object, a protective layer arrangement according to claim 1 and an IR-reflecting layer system using the protective layer arrangement according to claim 6 and a method for its production according to claim 10 are proposed. The respective dependent claims describe advantageous embodiments.
Mit der erfindungsgemäßen Schutzschichtanordnung können bekannte Schichtsysteme modifiziert werden, einerseits ohne relevante Änderung der optischen Leistungsfähigkeit des Schichtsystems und zum anderen auch mit bestehenden Beschichtungsanlagen ohne Änderung deren Anlagenkonfiguration. With the protective layer arrangement according to the invention, known layer systems can be modified, on the one hand without a relevant change in the optical performance of the layer system and, on the other hand, with existing coating systems without changing their system configuration.
Wie festgestellt wurde, kann mit der Ausbildung der Schutzschichtanordnung als Mischschicht aus einer Folge von Siliziumoxinitrid und darüber Siliziumnitrid, d.h. dem Ersetzen eines Teils von Siliziumnitrid durch Siliziumoxinitrid eine deutliche Verbesserung in der mechanischen Beständigkeit für das optisch wirksame Schichtsystem, insbesondere in der Haftung und der Kratzfestigkeit erzielt werden. Aufgrund des niedrigen bis mittleren Brechungsindexes vermindert sich zudem die optische Wirksamkeit, so dass bei gleicher optischer Dicke auch höhere Schichtdicken eingesetzt werden können. As has been noted, with the formation of the protective layer assembly as a mixed layer of a series of silicon oxynitride and above, silicon nitride, i. the replacement of a portion of silicon nitride by silicon oxynitride a significant improvement in the mechanical resistance for the optically active layer system, in particular in the adhesion and the scratch resistance can be achieved. Due to the low to medium refractive index also reduces the optical efficiency, so that with the same optical thickness and higher film thicknesses can be used.
Bei hohen Anforderungen an den Erhalt der optischen Eigenschaften des optischen Schichtsystems bei Verwendung einer solchen Schutzschichtanordnung gegenüber dem bisherigen System, hat es sich von Vorteil erwiesen, dass die Dicke des Bereichs aus Siliziumoxinitrid kleiner oder gleich ist der Dicke des Bereichs aus Siliziumnitrid. With high demands on the preservation of the optical properties of the optical layer system using such a protective layer arrangement over the previous system, it has proved advantageous that the thickness of the silicon oxynitride region is less than or equal to the thickness of the silicon nitride region.
Dabei ist es unerheblich, ob beispielsweise zur Targetherstellung oder aus Gründen der optischen und/oder elektrischen Eigenschaften die Mischschicht in einem oder mehreren Bereichen technologisch bedingte Beimengungen aufweist, wie beispielsweise Aluminium, das für diese Zwecke dem Targetmaterial häufig in Größenordnungen von 2% bis ca. 10% beigefügt wird. It is irrelevant whether, for example, for target production or for reasons of optical and / or electrical properties, the mixed layer in one or more areas technologically related admixtures, such as aluminum, the target material often for this purpose in the order of 2% to about 10% is attached.
Der erzielte Effekt in der mechanischen Beständigkeit wird mit der Mischschicht sowohl für eine Gradientenschicht als auch für eine aus Teilschichten bestehende Mischschicht erzielt. Dadurch kann eine Anpassung des Verfahrens an die bestehende Anlagenkonfiguration einfacher erfolgen. The achieved effect in mechanical resistance is achieved with the mixed layer for both a gradient layer and a mixed layers composed of partial layers. This makes it easier to adapt the method to the existing system configuration.
Eine Vereinfachung des Verfahrens und Anpassbarkeit an eine bestehende Anlagenkonfiguration wird auch durch eine weitere Ausgestaltung der Erfindung unterstützt, in der, bei einer Ausbildung der Mischschicht aus Teilschichten, die Teilschichten unmittelbar aneinander grenzen. A simplification of the method and adaptability to an existing system configuration is also supported by a further embodiment of the invention, in which, when forming the mixed layer of partial layers, the partial layers directly adjoin one another.
Von Vorteil erweist es sich auch, wenn die erfindungsgemäße Schutzschichtanordnung auch durch eine die Schutzschichtanordnung nach oben abschließende dritte Teilschicht ergänzt wird, die entsprechend einer Ausgestaltung aus einem Oxid, Nitrit, Oxinitrit oder Oxicarbid eines Metalls, Halbleiters, oder einer Metall- oder Halbleiterlegierung, bevorzugt aus Titandioxid, besteht und die Abriebfestigkeit des Systems weiter verbessern kann. It also proves to be advantageous if the protective layer arrangement according to the invention is also supplemented by a third sub-layer closing off the protective layer arrangement, which according to one embodiment of an oxide, nitrite, oxinitrite or oxicarbide of a metal, semiconductor, or a metal or semiconductor alloy is preferred made of titanium dioxide, and can further improve the abrasion resistance of the system.
Die erfindungsgemäße Schutzschichtanordnung kann bevorzugt anstelle der bisher bekannten Deckschichtanordnungen mit der Schichtenfolge aus einem Metall- oder Mischmetalloxid und Siliziumnitrid oder zumindest eines Teils davon für ein IR-reflektierendes Schichtsystem verwendet werden. Derartige Schichtsysteme sind für die optischen Eigenschaften und deren Schutz bei der Herstellung, Temperaturbehandlung und Anwendung häufig sehr komplex mit zahlreichen Einzelschichten aufgebaut, so dass das Ersetzen der Deckschicht durch die erfindungsgemäße Schutzschichtanordnung unmittelbar Einfluss auf die Effektivität der Herstellung ohne Einbußen in der Leistungsfähigkeit hat. Erfindungsgemäß kann das relativ dichte Siliziumnitrid als oberste Schicht bzw. oberster Bereich der Mischschicht verwendet werden, ohne jedoch die damit verknüpften mechanischen Spannungen zu beobachten, die in Schichtsystemen nach dem Stand der Technik häufig zu Abplatzungen und daraus folgenden Schäden des gesamten Schichtsystems geführt haben. The protective layer arrangement according to the invention can preferably be used instead of the previously known cover layer arrangements with the layer sequence of a metal or mixed metal oxide and silicon nitride or at least a part thereof for an IR-reflecting layer system. Such layer systems are often constructed very complexly with numerous individual layers for the optical properties and their protection in the production, temperature treatment and application, so that the replacement of the cover layer by the protective layer arrangement according to the invention has an immediate influence on the effectiveness of the production without sacrificing performance. According to the invention, the relatively dense silicon nitride can be used as the uppermost layer or uppermost region of the mixed layer, without, however, observing the associated mechanical stresses which frequently have led to flaking and consequential damage to the entire layer system in prior art layer systems.
Von Vorteil ist darüber hinaus, dass die weiteren Bestandteile der bekannten optisch wirksamen, beispielsweise der IR-reflektierenden Schichtsysteme wie bisher weiter angewendet werden können. Insbesondere wurde zu Letzteren festgestellt, dass die Schutzschichtanordnung auch ein Double-Low-E- oder ein Multi-Low-E-Schichtsystem, die zwei oder mehr Funktionsschichten mit zwischenliegender Zwischenschichtanordnung aufweisen, mechanisch stabilisiert. It is also advantageous that the other constituents of the known optically active, for example, the IR-reflecting layer systems can continue to be used as before. In particular, it has been found for the latter that the protective layer arrangement also mechanically stabilizes a double-low E or a multi-low E layer system which has two or more functional layers with an intermediate layer arrangement between them.
Die Deckschichtanordnung eines IR-reflektierenden Schichtsystems, welches mit der erfindungsgemäßen Schutzschichtanordnung geschützt ist kann ergänzend weitere Deckschichten auch unterhalb der Schutzschichtanordnung umfassen, beispielsweise zur Entspiegelung oder eine Interfaceschicht. Eine solche ergänzende Schicht, die hier zur Unterscheidung als untere Deckschicht bezeichnet sein soll, kann aus einem Metall- oder Mischmetalloxid bestehen. The cover layer arrangement of an IR-reflecting layer system which is protected by the protective layer arrangement according to the invention may additionally comprise further cover layers also below the protective layer arrangement, for example for antireflection coating or an interface layer. Such a supplemental layer, which should be referred to as the lower cover layer here for distinction, may consist of a metal or mixed metal oxide.
Für ein IR-reflektierendes Schichtsystem ist die Verwendung von Zinkstannat enthaltenden Interfaceschichten für die Relaxation und die Entspiegelung als vorteilhaft bekannt. In Verbindung mit der erfindungsgemäßen Schutzschichtanordnung hat es sich für die mechanische Beständigkeit als vorteilhaft erwiesen, eine Zinkstannat enthaltene Schicht als untere Deckschicht zu verwenden. Einen vergleichbaren Effekt ist auch mit einer Zinnoxid enthaltenden Schicht oder einer Kombination aus beiden erzielbar. In letzterer Ausgestaltung umfasst das IR-reflektierende Schichtsystem zwei untere Deckschichten, von denen eine Zinnoxid und die andere Zinkstannat enthält, wobei die Zinkstannat enthaltende Schicht beispielsweise über der Zinnoxid enthaltenden Schicht liegt. For an IR-reflective layer system, the use of zinc stannate-containing interface layers for the relaxation and the antireflection coating is known to be advantageous. In connection with the protective layer arrangement according to the invention, it has proven to be advantageous for mechanical resistance to use a zinc stannate-containing layer as the lower cover layer. A comparable effect can also be achieved with a tin oxide-containing layer or a combination of the two. In the latter embodiment, the IR-reflecting layer system comprises two lower cover layers, one of which contains tin oxide and the other zinc stannate, wherein the zinc stannate-containing layer is, for example, over the tin oxide-containing layer.
Zur Herstellung eines optisch wirksamen Schichtsystems werden die Schichten der Grundschichtanordnung und der Funktionsschichtanordnung nacheinander mittels Sputtern, beispielsweise mittels Magnetronsputtern, auf einem Substrat abgeschieden. Über der obersten Einzelschicht der obersten Funktionsschichtanordnung wird die Mischschicht ebenfalls mittels Sputtern von zumindest zwei Sputterkathoden abgeschieden. Für eine effiziente Abscheidung, beispielsweise im Durchlaufverfahren, können die bekannten Kathodenkonfigurationen verwendet werden. Häufig sind das Doppelmagnetrons, von denen für die Abscheidung der erfindungsgemäßen Schutzschichtanordnung ein oder zwei Doppelmagnetrons verwendet werden. In Abhängigkeit von der zu erzielenden Schichtdicke und Abscheiderate können die Bereiche der Mischschicht auch weiter unterteilt sein und eine größere Zahl von Sputterkathoden verwendet werden. To produce an optically effective layer system, the layers of the base layer arrangement and of the functional layer arrangement are deposited successively on a substrate by means of sputtering, for example by means of magnetron sputtering. Above the uppermost single layer of the uppermost functional layer arrangement, the mixed layer is likewise deposited by means of sputtering of at least two sputtering cathodes. For efficient deposition, for example in a continuous process, the known cathode configurations can be used. Often these are double magnetrons, of which one or two double magnetrons are used for the deposition of the protective layer arrangement according to the invention. Depending on the layer thickness and deposition rate to be achieved, the regions of the mixed layer can continue to be used be divided and a larger number of sputtering cathodes are used.
Bei der Verwendung von einem oder zwei Doppelmagnetrons wird vom ersten Magnetron der Doppelmagnetron-Anordnung oder von dem ersten Magnetron oder von mehreren Magnetrons ein siliziumoxinitridischer Bereich abgeschieden und nachfolgend wiederum von einem oder mehreren Magnetrons oder Doppelmagnetrons ein siliziumnitridischer Bereich der Schutzschichtanordnung. When using one or two double magnetrons, a silicon oxynitridic region is deposited by the first magnetron of the double magnetron arrangement or by the first magnetron or by several magnetrons, and subsequently by one or more magnetrons or double magnetrons a silicon nitridic region of the protective layer arrangement.
Durch eine geeignete Anlagenkonfiguration und geeignete Ausgestaltung der Sputterkathoden sind die Bereich als Teilschichten mit von einem zur nächsten Teilschicht geändertem Sauerstoff- und/oder Stickstoffanteil ausbildbar oder mit über die Dicke der Schutzschichtanordnung gradiertem Sauerstoff- und/oder Stickstoffanteil. Dem Fachmann sind für die Herstellung von Teil- und Gradientenschichten geeignete Konfigurationen der Sputtervorrichtungen hinlänglich bekannt. By means of a suitable system configuration and suitable design of the sputtering cathodes, the regions can be formed as partial layers with an oxygen and / or nitrogen content changed from one to the next partial layer or with oxygen and / or nitrogen content graded over the thickness of the protective layer arrangement. Those skilled in the art are well aware of suitable configurations of the sputtering devices for the fabrication of partial and gradient layers.
Bevorzugt erfolgt die Abscheidung der Bereich der Schutzschichtanordnung mittels reaktivem Sputtern unter Zufluss von Sauerstoff und/oder Stickstoff zum Arbeitsgas. Entsprechend verschiedener Ausgestaltungen des reaktiven Sputterverfahrens wird der oxinitridische Bereich der Schutzschichtanordnung mit einem Sauerstoffanteil im Prozessgas (Arbeitsgas und Reaktivgas) abgeschieden, bei welchen der Sauerstoffzufluss in die Beschichtungsvorrichtung im Bereich von 0,1 % bis 50 % jenes Stickstoffanteils liegt, welcher zur Abscheidung des nitridischen Bereichs der Schutzschichtanordnung verwendet wird und/oder mit einem Stickstoffanteil im Prozessgas, dessen Gaszufluss im Bereich von 50 % bis 100 % des Stickstoffanteils für den nitridischen Bereich liegt. Bevorzugt liegt der Sauerstoffzufluss bei 0,1 bis 25%, da in diesem Bereich die oben dargestellten Vorteile am besten ausgeprägt sind und der Sputterprozess stabiler zu führen ist. The deposition of the region of the protective layer arrangement preferably takes place by means of reactive sputtering with inflow of oxygen and / or nitrogen to the working gas. According to various embodiments of the reactive sputtering method, the oxinitridische portion of the protective layer assembly with an oxygen content in the process gas (working gas and reactive gas) is deposited, in which the oxygen flow into the coating device in the range of 0.1% to 50% of that nitrogen content, which for the deposition of nitridic Area of the protective layer arrangement is used and / or with a nitrogen content in the process gas, the gas flow is in the range of 50% to 100% of the nitrogen content for the nitridic region. Preferably, the oxygen influx is 0.1 to 25%, since in this area the advantages presented above are best developed and the sputtering process is more stable.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnung zeigt in The invention will be explained in more detail with reference to embodiments. The accompanying drawing shows in
Auf einem gewaschen Substrat S aus 4 mm Floatglas werden zur Herstellung des Single-Low-E-Schichtsystems folgende Schichten durch Magnetronsputtern aufgebracht:
- a) Grundschichtanordnung GA mit Si3N4, 25–30 nm, als einzige Grundschicht, alternativ auch TiO2 oder SnO2, oder zwei Grundschichten übereinander;
- b) eine Funktionsschichtanordnung FA aus – ZnO, 7–10 nm, als Keimschicht K, – Ag, 12–15 nm, als Funktionsschicht F und – eine Blockerschicht B aus einer Nickel und Chrom enthaltenden Verbindung oder einem unterstöchiometrischen Oxid, Nitrid oder Oxinitrid davon, im Ausführungsbeispiel: NiCrOx, 0,5–3 nm;
- c) eine Deckschichtanordnung DA aus einer unteren Deckschicht D1 aus Zinkstannat und der Schutzschichtanordnung SA aus zwei Teilschichten T1, T2, – ZnSnO3, 10–15 nm, als untere Deckschicht D1, – SiOxNy, 5–15 nm, als Teilschicht 1 T1, mit 0,1–25 % O2 im Reaktivgas und – Si3N4, 10–35 nm, als Teilschicht 2 T2, – wobei die Teilschichten T1, T2 auch Anteile von Aluminium aufweisen können.
- a) base layer arrangement GA with Si3N4, 25-30 nm, as single base layer, alternatively also TiO2 or SnO2, or two base layers on top of each other;
- b) a functional layer arrangement FA of - ZnO, 7-10 nm, as seed layer K, - Ag, 12-15 nm, as functional layer F and - a blocker layer B of a nickel and chromium-containing compound or a substoichiometric oxide, nitride or oxynitride thereof , in the embodiment: NiCrOx, 0.5-3 nm;
- c) a cover layer arrangement DA of a lower cover layer D1 of zinc stannate and the protective layer arrangement SA of two partial layers T1, T2, - ZnSnO3, 10-15 nm, as the lower cover layer D1, - SiOxNy, 5-15 nm, as a sub-layer 1 T1, with 0.1-25% O 2 in the reactive gas and - Si 3 N 4, 10-35 nm, as a sub-layer 2 T2, - where the sub-layers T1, T2 may also have proportions of aluminum.
Alternativ kann die erste Deckschicht D1 anstelle Zinkstannat, auch SnO2 enthalten oder beide Schichten werden miteinander kombiniert (
Die Abscheidung der Schutzschichtanordnung SA erfolgt reaktiv von Siliziumtargets, die optional einen Aluminiumanteil von 2 bis 10% aufweisen können. Die Abscheidung erfolgt reaktiv unter Anwesenheit von Stickstoff bzw. beiden Gasen, je nach Zusammensetzung der Teilschicht. Allerdings ist es bekannt, dass zur Stabilisierung von reaktiven Sputterprozessen auch Stickstoff dem Prozessgas zugegeben werden kann, um den Prozess zu stabilisieren und ohne dass Stickstoff in der Schicht eingebaut wird. Die dritten Teilschicht T3 wird reaktiv von einem Titantarget unter Anwesenheit von Sauerstoff gesputtert. The deposition of the protective layer arrangement SA takes place reactively by silicon targets, which may optionally have an aluminum content of 2 to 10%. The deposition takes place reactively in the presence of nitrogen or both gases, depending on the composition of the sub-layer. However, it is known that to stabilize reactive sputtering processes, nitrogen may also be added to the process gas to stabilize the process and without incorporating nitrogen into the layer. The third sub-layer T3 is reactively sputtered from a titanium target in the presence of oxygen.
Das Schichtsystem nach
- a) Grundschichtanordnung GA mit Si3N4, 10–30 nm, als einzige Grundschicht, alternativ auch TiO2 oder SnO2, oder zwei Grundschichten übereinander;
- b) erste Funktionsschichtanordnung FA1 aus – ZnO, 7–10 nm, als Keimschicht K, – Ag, 8–15 nm, als Funktionsschicht F und – eine Blockerschicht B aus einer Nickel und Chrom enthaltenden Verbindung oder einem unterstöchiometrischen Oxid, Nitrid oder Oxinitrid davon, z.B. NiCrOx 0,5–3 nm;
- c) ZNSnO3, 50–70 nm, als einzige Zwischenschicht der Zwischenschichtanordnung ZA;
- d) zweite Funktionsschichtanordnung FA2, wie zur ersten Funktionsschichtanordnung FA1 beschrieben;
- e) Deckschichtanordnung DA aus einer unteren Deckschicht D1 und einer Schutzschichtanordnung SA aus zwei Teilschichten T1, T2, – ZnSnO3, 10–15 nm, als untere Deckschicht D1, – SiOxNy, 5–15 nm, als Teilschicht 1 T1, mit 0,1–25 % O2 im Reaktivgas und – Si3N4, 10–45 nm, als Teilschicht 2 T2, – wobei die Teilschichten T1, T2 auch Anteile von Aluminium aufweisen können.
- a) base layer arrangement GA with Si3N4, 10-30 nm, as single base layer, alternatively also TiO2 or SnO2, or two base layers one above the other;
- b) first functional layer arrangement FA1 comprising - ZnO, 7-10 nm, as seed layer K, - Ag, 8-15 nm, as functional layer F and - a blocking layer B consisting of a nickel and chromium-containing compound or a substoichiometric oxide, nitride or oxynitride thereof , eg NiCrOx 0.5-3 nm;
- c) CNSnO3, 50-70 nm, as the only intermediate layer of the interlayer array ZA;
- d) second functional layer arrangement FA2, as described for the first functional layer arrangement FA1;
- e) cover layer arrangement DA consisting of a lower cover layer D1 and a protective layer arrangement SA of two partial layers T1, T2, ZnSnO3, 10-15 nm, as lower cover layer D1, SiOxNy, 5-15 nm, as partial layer T1, with 0.1 -25% O 2 in the reactive gas and - Si 3 N 4, 10-45 nm, as a sub-layer 2 T2, - wherein the sub-layers T1, T2 may also have proportions of aluminum.
Auch das Double-Low-E-Schichtsystem der
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
-
- SS
- Substrat substratum
- GAGA
- Grundschichtanordnung Base layer arrangement
- FA, FA1, FA2FA, FA1, FA2
- Funktionsschichtanordnung Functional layer arrangement
- ZAZA
- Zwischenschichtanordnung Interlayer arrangement
- SASA
- Schutzschichtanordnung Protective layer arrangement
- DATHERE
- Deckschichtanordnung overlay assembly
- KK
- Keimschicht seed layer
- FF
- Funktionsschicht functional layer
- BB
- Blockerschicht blocker layer
- T1, T2T1, T2
- Teilschicht sublayer
- D1, D2D1, D2
- Deckschicht topcoat
Claims (13)
Priority Applications (1)
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DE102013108215.7A DE102013108215A1 (en) | 2013-07-31 | 2013-07-31 | Transparent protective layer arrangement of an optically active layer system, IR-reflecting layer system and method for its production |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102013108215.7A Withdrawn DE102013108215A1 (en) | 2013-07-31 | 2013-07-31 | Transparent protective layer arrangement of an optically active layer system, IR-reflecting layer system and method for its production |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE102013108215A1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6495251B1 (en) * | 1997-06-20 | 2002-12-17 | Ppg Industries Ohio, Inc. | Silicon oxynitride protective coatings |
US20060008656A1 (en) * | 2004-06-25 | 2006-01-12 | Guardian Industries Corp. | Coated article with ion treated overcoat layer and corresponding method |
US20080220261A1 (en) * | 2007-03-08 | 2008-09-11 | Applied Materials, Inc. | Temperable Glass Coating |
-
2013
- 2013-07-31 DE DE102013108215.7A patent/DE102013108215A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6495251B1 (en) * | 1997-06-20 | 2002-12-17 | Ppg Industries Ohio, Inc. | Silicon oxynitride protective coatings |
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US20080220261A1 (en) * | 2007-03-08 | 2008-09-11 | Applied Materials, Inc. | Temperable Glass Coating |
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